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重磅│量子计算机应用上的重大突破,两个量子位即可计算分子基态

DeepTech深科技  · 公众号  · 科技媒体  · 2016-08-11 18:17

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可喜的是,从结果来看该量子计算机的结果相当准确。那么,这台量子计算机是怎么计算的?

科学家们尝试了两种不同的方法“可变量子本征求解”(Variational Quantum Eigensolver,VQE)和“相位估值算法”(Phase Estimation Algorithm,PEA)。

PEA属于量子化学的传统量子算法,由于计算每进一步需要耗费大量资源,无法达到化学精度,结果不怎么理想。

而另一种VQE方法在实验中表现出 更高的鲁棒性 (robust,越高意味着在各种极端情况下的生存能力越强) 和可适应性,获得了足够的化学精


VQE量子算法的硬件、软件图解。硬件部分:图显示了两个Xmon量子比特位和进行单量子比特位旋转的微波脉冲序列(粗线),以及进行量子比特位测量的微波光谱(细线)。软件部分:图显示了Hartree-Fock准态的量子电路图。 图片来源: P. J. J. O’Malley, et al, Physical Review X, 2016.


那么,VQE量子算法到底该怎么理解?

简单来说,要用这个算法,就必须找到分子的基态,即化学分子能量最低的状态,而对应于该基态的数学函数计算出来的相应状态能不可能比基态能再低,只可能是相等或者更高的值。

明白了这点,就不难想到可以用迭代的方法来无限逼近基态能:首先选取一系列初始化函数和参数,不断改变参数来优化结果,重复迭代直到找到获得绝对最小值的参数和函数。

此时,所得到的函数就会非常接近真实的分子基态能。而在获得了分子基态能相对应的函数后,我们就可以计算任何想知道的分子信息。


科学家们最终的分子能态模拟结果达到了万分之一的精度。


这支科学家团队由来自英美的各大高校和研究所,相关成果于7月18日发表在了《Physical Review X》上,论文的第一作者是来自加州大学圣芭芭拉分校物理系的科学家彼得·奥马利(Peter O'Malley)。

从表面上看,计算氢分子能态并不是什么了不起的事情。 可是要知道完成这样的计算仅仅使用了两个量子比特位,而整个量子计算机却有着9个量子位

因此从理论上,这台9量子位量子计算机能够计算更加复杂的化学分子,当然这样的运算可能仍然没有突破传统计算机目前的极限。


科学家们宣称,这台9量子比特位的计算机在结构上是可扩展的。鉴于操作性的问题,这个扩展能否成功,其实还很难说。

但是,如果科学家们做成了, 那么量子计算机在结构化学的计算上绝对会带给我们无数的惊喜。

还没看懂?那我们再来交待一下背景,并建议您耐心读完下面的500字。







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